Quantitative Proteome Profiling of C. burnetii under Tetracycline Stress Conditions

The recommended antibiotic regimen against Coxiella burnetii, the etiological agent of Q fever, is based on a semi-synthetic, second-generation tetracycline, doxycycline. Here, we report on the comparison of the proteomes of a C. burnetii reference strain either cultured under control conditions or under tetracycline stress conditions. Using the MS-driven combined fractional diagonal chromatography proteomics technique, out of the 531 proteins identified, 5 and 19 proteins were found significantly up- and down-regulated respectively, under tetracycline stress. Although the predicted cellular functions of these regulated proteins did not point to known tetracycline resistance mechanisms, our data clearly reveal the plasticity of the proteome of C. burnetii to battle tetracycline stress. Finally, we raise several plausible hypotheses that could further lead to more focused experiments on studying tetracycline resistance in C. burnetii and thus reduced treatment failures of Q fever

Studies on the molecular mechanisms of pathogenesis and antibiotic resistance of the aetiological agent of q fever, coxiella burnetii, an intracellular bacterium

Η Coxiella burnetii, ο αιτιολογικός παράγοντας του πυρετού Q, είναι ένα υποχρεωτικά ενδοκυττάριο, Gram-αρνητικό βακτήριο το οποίο αναπτύσσεται στο φαγολυσόσωμα του ευκαρυωτικού φαγοκυττάρου-ξενιστή. Δύο είναι οι γνωστές μορφές του πυρετού Q στους ανθρώπους: η οξεία και η χρόνια μορφή. Μολονότι η οξεία μορφή της νόσου μπορεί να είναι αυτοϊάσιμη, συχνά ασυμπτωματική ή υποκλινική (μόνο 50% των ασθενών εμφανίζουν συμπτώματα), η χρόνια μορφή είναι μια βαριά νόσος που εμφανίζει θνητότητα που φτάνει το 65%. Η συνηθέστερη επιπλοκή της χρόνιας μορφής του πυρετού Q είναι η ενδοκαρδίτιδα. Υπάρχουν διάφορες θεωρίες για την εξήγηση των ευρέος φάσματος κλινικών εκδηλώσεων της νόσου που παρατηρούνται στους ασθενείς με πυρετό Q. Μία από αυτές προτείνει την ύπαρξη γενετικής ετερογένειας μεταξύ των απομονωθέντων στελεχών C. burnetii και συνεπώς διαφορετικούς μηχανισμούς παθογένειας. H θεραπευτική αντιμετώπιση του χρόνιου πυρετού Q αποτελεί σήμερα ένα σοβαρό πρόβλημα. Η τετρακυκλίνη και οι φλουοροκινολόνες αποτελούν το κύριο στήριγμα στη θεραπεία της ενδοκαρδίτιδας του πυρετού Q. Ωστόσο, έχουν αναφερθεί απομονώσεις του βακτηρίου από βαλβίδες ασθενών μετά από χρόνια θεραπείας με αντιβιοτικά. Ακολουθώντας μεθόδους πρωτεωμικής ανάλυσης, εντοπίστηκαν πρωτεΐνες «τελεστές» του βακτηρίου, που πιθανώς εκκρίνονται στο κυτταρόπλασμα του μολυσμένου κυττάρου, με την ικανότητα να αναδιοργανώνουν και να κατευθύνουν τα διάφορα συστήματα του ξενιστή προς όφελος του παράσιτου, απαντώντας έτσι στο ερώτημα για τους μηχανισμούς παθογένειας του βακτηρίου. Επιπρόσθετα, εντοπίστηκαν «τελεστές» του βακτηρίου που μπορεί να σχετίζονται με την έκβαση της μορφής του πυρετού Q αλλά και πρωτεΐνες του μολυσμένου κυττάρου που αποτελούν πιθανό στόχο των «τελεστών» του βακτηρίου. Η δημιουργία ενός in vitro μοντέλου χρόνιας λοίμωξης και η ποσοτική σύγκριση του, σε επίπεδο έκφρασης πρωτεϊνών, με το μοντέλο οξείας λοίμωξης είχε σαν αποτέλεσμα τον εντοπισμό πρωτεϊνών που μπορεί να σχετίζονται με τη χρόνια μορφή του πυρετού Q. Έτσι, δημιουργήθηκε μια λίστα με πρωτεΐνες που μπορούν να αποτελέσουν δείκτες της πορείας της λοίμωξης ή/και θεραπευτικούς στόχους για την αποφυγή της μετάβασης της μορφής της νόσου στη χρονιότητα. Προκειμένου να μελετηθούν οι μοριακοί μηχανισμοί που χρησιμοποιεί η Coxiella burnetii για την αντοχή στα αντιβιοτικά, δημιουργήθηκαν in vitro ανθεκτικά στελέχη στην δοξυκυκλίνη και λεβοφλοξασίνη. Συγκρίνοντας τα ανθεκτικά με τα ευαίσθητα στα αντιβιοτικά στελέχη του βακτηρίου, σε επίπεδο έκφρασης πρωτεϊνών, εντοπίστηκαν πρωτεΐνες που υποδεικνύουν την ύπαρξη γνωστών, από μελέτες σε άλλα βακτήρια, μοριακών μηχανισμών αντιβιοτικής αντοχής έναντι στις τετρακυκλίνες και στις κινολόνες. Ο εντοπισμός των μηχανισμών αντοχής της C. burnetii στα αντιβιοτικά θα μπορούσε να οδηγήσει στην δημιουργία κοινά διαδεδομένων μεθόδων (π.χ. PCR) ικανών να εντοπίσουν τους συγκεκριμένους μηχανισμούς σε βακτήρια από ασθενείς με χρόνιο πυρετό Q. Το όφελος θα είναι η ορθότερη παρακολούθηση της πορείας της θεραπείας των ασθενών με χρόνιο πυρετό Q, προσαρμόζοντας την θεραπευτική αγωγή ανάλογα με τον μηχανισμό αντοχής του βακτηρίου που εκφράζεται

Com1 as a Promising Protein for the Differential Diagnosis of the Two Forms of Q Fever

Coxiella burnetii is the causative agent of acute and chronic Q fever in humans. Although the isolates studied so far showed a difference in virulence potential between those causing the two forms of the disease, implying a difference in their proteomic profile, the methods used so far to diagnose the two forms of the disease do not provide sufficient discriminatory capability, and human infections may be often misdiagnosed. The aim of the current study was to identify the outer membrane Com1 (CBU_1910) as a candidate protein for serodiagnostics of Q fever. The protein was cloned, expressed, purified, and used as an antigen in ELISA. The protein was then used for the screening of sera from patients suffering from chronic Q fever endocarditis, patients whose samples were negative for phase I immunoglobulin G (IgG), patients for whom at least one sample was positive for phase I IgG, and patients suffering from any kind of rheumatoid disease. Blood donors were used as the control group. Following statistical analysis, 92.4% (122/132) of the samples tested agreed with the negative clinical diagnosis, and 72.2% (26/36) agreed with the positive clinical diagnosis. Moreover, a significant correlation to the presence of the disease (p = 0.00) was calculated. The results support the idea that a Com1 antigen-based serodiagnostic test may be useful for differential diagnosis of chronic Q fever. Further studies are required to compare more immunogenic proteins of the bacterium against samples originating from patients suffering from different forms of the disease

Antibody kinetics in serological indication of chronic Q fever: the Greek experience

SummaryBackgroundQ fever caused by the pathogen Coxiella burnetii may have both acute and chronic manifestations. Although paired sera are not required for the diagnosis of chronic Q fever, monitoring of antibody titers can be used to examine the course of treatment. Monitoring both phase II and phase I antibodies may be of limited diagnostic value, but it is a useful means of determining the response to treatment and possible disease relapses.MethodsIn the current survey we determined IgG and IgM of both phase I and phase II for 35 patients suffering from chronic Q fever in an attempt to draw conclusions on the kinetics of the antibodies throughout the course of the disease.ResultsOverall, 33 cases were included in the study. Of the 33 patients, 32 had a good outcome.ConclusionsOur findings support the general belief that a long period of serological monitoring is required for patients with chronic Q fever